專利名稱：中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種底盤結(jié)構(gòu)，具體地是公開一種中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
公路重卡是典型的公路載重運輸車輛，通常采用6X4鋼板彈簧懸架(簡稱板簧懸架)底盤結(jié)構(gòu)。其產(chǎn)品的技術(shù)成熟度、生產(chǎn)的專業(yè)化程度，市場銷售量、保有量，均達到較高水平，在公路運輸中有著非常廣泛的應(yīng)用。借助于產(chǎn)量、配件和價格的優(yōu)勢，公路重卡在礦山、工地等非公路環(huán)境中，也有著大量的使用。由于受原始底盤寬度的限制，公路重卡通常是采取加高貨箱的方式，來滿足礦山工地更大運輸量的需求。但由于礦山工地惡劣的道路條件，使得公路重卡運行的穩(wěn)定性 和安全性成為一個無法回避的矛盾，制約了車輛的進一步應(yīng)用和發(fā)展。圖I所示，為公路重卡常用的中/后橋鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)。為彌補板簧彈性的不足，少數(shù)高端產(chǎn)品在鋼板彈簧下面又布置了橡膠彈簧。近幾年，公路重卡經(jīng)過進一步演化變形，又派生出了一種新的產(chǎn)品一寬體礦車。這種車型對底盤尺寸及結(jié)構(gòu)進行了加寬、加強。包括車架的寬度、結(jié)構(gòu)尺寸及強度，前/中/后橋的輪距、數(shù)比及強度，板簧的尺寸及數(shù)量等都進行了大幅增加及提升。寬體礦車比之前的公路重卡，已經(jīng)徹底脫離了道路車輛寬度及軸荷等國家標準的規(guī)定，整車的承載量及穩(wěn)定性大幅增加，進而發(fā)展成為一種完全應(yīng)用于礦山市場的土方運輸設(shè)備。但是，同公路重卡一樣，寬體礦車仍然是采用6X4鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)。板簧懸架是基于公路道路條件下的典型技術(shù)架構(gòu)，對礦山/工地等非公路路面的適應(yīng)能力很差。對公路重卡而言，其板簧懸架技術(shù)體系所基于的路面條件、車型外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值，都有著國家標準的嚴格規(guī)定。因此，在公路運輸條件下，板簧的數(shù)量以及整體變形能力，都能夠滿足承載以及路面坡度、不平度的要求。但進入礦山/工地等非公路環(huán)境后，一方面，載重量的增加導(dǎo)致板簧數(shù)量的進一步增加，而板簧數(shù)量的增加又進一步降低了懸架的變形范圍和對路面的補償能力。另一方面，礦山/工地的路面條件，又要求車輛懸架系統(tǒng)，能夠提供比公路路面條件下更大的變形范圍和補償能力。這是一對無法解決的矛盾。目前，寬體礦車的載重量已經(jīng)達到公路重卡載重量的兩倍以上，且板簧數(shù)量也同比翻倍。板簧整體的可變形量以及對地面的補償能力大幅下降，而礦山/工地的道路條件要大大超出公路道路標準，承載與減震的矛盾就更加突出。由于載重的顯著提升，懸架系統(tǒng)內(nèi)整體彈性的不足，以及自身容量的限制，原來與板簧配套使用的液壓減震器也無法在系統(tǒng)中應(yīng)用。整個寬體礦車的板簧懸架系統(tǒng)完全呈現(xiàn)出一種大剛性、無阻尼的不良狀態(tài)。寬體礦車在礦山工地的整個運行環(huán)境中，沖擊振動非常劇烈，部件極易受損，故障率高。整車壽命平均2年，最長不超過3年。圖2所示，為寬體礦車采用的中/后橋鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)。從圖中可見板簧數(shù)量大幅增加。為彌補板簧彈性的不足，有些車型方案在板簧下面也布置了橡膠彈簧，但帶來的問題較多，實際很少采用。從現(xiàn)有狀態(tài)上看，寬體礦車所采用的板簧技術(shù)架構(gòu)，已經(jīng)超出了其技術(shù)體系的上限。這對于載重量的進一步提升、產(chǎn)品的系列化，降低故障率、提高車輛出勤率及整車使用壽命，成為一個致命性障礙。另外，無論是公路重卡還是寬體礦車，采用多片板簧結(jié)構(gòu)的懸架，其壓縮與回彈的力學(xué)特性有著明顯的差別。圖4所示，為板簧與輪胎構(gòu)成的力學(xué)模型。其中，M為簧載質(zhì)量，m為非簧載質(zhì)量，K為鋼板彈簧。板簧壓在橋的上面，對橋只提供壓力，不提供拉力。圖6所示，為中/后橋板簧懸架構(gòu)成的力學(xué)模型。其中彈性元件由一組長短不同的多片鋼板彈簧構(gòu)成，逐級壓在橋的上面。懸架理論工作范圍處于鋼板的壓縮范圍之內(nèi)。隨著壓縮量的增力口，上部稍短的板簧逐步開始變形受力，系統(tǒng)呈現(xiàn)出近似的變剛度特性。當車輛設(shè)計載重不太大、板簧片數(shù)少(主要是長鋼板彈簧)或運行在良好路面上時，懸架的振跳范圍可以完全控制在板簧的壓縮范圍內(nèi)，系統(tǒng)可以確保車輛正常工作。當車輛設(shè)計載重加大、板簧數(shù)量增加或運行在不良路面時，懸架的振跳范圍可能會超出板簧的設(shè)計壓縮范圍。這時會出現(xiàn)在回彈過程中多片板簧逐個喪失對橋的作用力，直至懸架系統(tǒng)完全喪失彈性——形成被拋空 的狀態(tài)。這對車輛的主要部件會造成嚴重損壞，并影響車輛的行車安全。這就是傳統(tǒng)的板簧懸架結(jié)構(gòu)比較適用于公路體系路面條件，承載不太大、板簧片數(shù)不太多、良好路面(小變形路況)的原因。對于礦山工地等非公路環(huán)境，車輛載荷大、板簧片數(shù)多、路面條件差，板簧的可供變形范圍減小，而懸架的振挑范圍顯著增加，板簧的這一結(jié)構(gòu)性缺陷就非常明顯了。通過增加板簧數(shù)量來增加板簧懸架車輛載重量是有一定限度的。板簧懸架并不是一種全路面懸架。油氣懸缸是4X2經(jīng)典礦車，乃至電動輪礦車核心的懸架部件，技術(shù)先進。其內(nèi)部包含有氮氣、液壓油和典型的液壓結(jié)構(gòu)，并將系統(tǒng)所需的彈性和阻尼結(jié)構(gòu)/功能合二為一，具有承載能力大，以及良好的變剛度/變阻尼特性。油氣懸缸的單位儲能比為板簧的3500倍。但油氣懸缸的結(jié)構(gòu)、算法和應(yīng)用有一套完整、復(fù)雜的體系，對目前鋼板彈簧技術(shù)體系的廠家有很高的技術(shù)壁壘。如圖5所示，為油氣懸缸與輪胎構(gòu)成的力學(xué)模型。其中，M為簧載質(zhì)量，m為非簧載質(zhì)量，K為油氣懸缸氮氣彈性系數(shù)，C為油氣懸缸液壓阻尼系數(shù)。油氣懸缸通過內(nèi)部彈性K和阻尼C的綜合作用和疊加，形成以位移及速度為變量的非線性函數(shù)，對外部提供拉、壓兩個方向的作用力。因而，油氣懸缸將整個懸架構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。無論是力學(xué)特性、承載能力還是對路面的應(yīng)用范圍和適應(yīng)能力，都具有顯著的提升。盡管經(jīng)典礦車及電動輪礦車采用油氣懸缸，但其底盤均采用4X2單驅(qū)動后橋，A型架+橫向穩(wěn)定拉桿懸架結(jié)構(gòu)，如圖8所示。與6X4車型相比，4X2車型附著面積、爬坡能力、牽引能力、越野能力、通過能力相對較弱。而且與帶平衡懸架的6X4雙橋懸架相比，來自單后橋的沖擊、振動幅度要大而集中。經(jīng)典礦車4X2底盤結(jié)構(gòu)制動器數(shù)量少，存在制動能力不足、摩擦片使用周期短等問題。另外，經(jīng)典礦車的重量利用系數(shù)較低，一般為I. O 1.3。經(jīng)典礦車通常采用小批量生產(chǎn)方式，整車及零部件價格昂貴，市場銷量和保有量都很低。整車及主要零部件價格與批量化、專業(yè)化生產(chǎn)的6X4車型相比均高出一倍以上。單就一根后橋的價格，是同等噸位的6X4車型的前/中/后三根橋價格總和的2倍以上。因此，4X2經(jīng)典礦車由于批量、成本、價格的問題大大制約了其產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，在于構(gòu)建一種全新的底盤懸架結(jié)構(gòu)，擴大車輛對不良路面(尤其是非公路環(huán)境)的適用范圍，顯著增加底盤的承載容量，克服和消除現(xiàn)有技術(shù)架構(gòu)(6X4鋼板彈簧懸架、4X2油氣懸架)中的結(jié)構(gòu)/技術(shù)缺陷，對技術(shù)性、經(jīng)濟性進行全面提升。圖3所示,為本發(fā)明所示的中/后橋油氣懸缸平衡懸架結(jié)構(gòu)示意圖。按照駕駛員的乘坐方向，定義車輛的前后方向，并以此方向描述零件的位置。根據(jù)圖3，底盤的方向為左前，右后。本發(fā)明是采用如下方案來實現(xiàn)上述目的一種中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，包括中橋、后橋、車架、平衡軸、平衡擺臂、上拉桿、下拉桿、油氣懸缸；平衡軸橫穿出兩側(cè)大梁固定安裝在車架上；中橋、后橋分別布置在車架平衡軸下方的偏前、偏后位置上；中橋、后橋與車架分別通過上拉桿、下拉桿連接，組成空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)；兩個平衡擺 臂分別安裝在車架兩側(cè)伸出的平衡軸上；每個平衡擺臂可繞平衡軸單獨轉(zhuǎn)動；每側(cè)平衡擺臂的前鉸點通過一根油氣懸缸與中橋連接。每側(cè)平衡擺臂的后鉸點通過一根油氣懸缸與后橋連接?？臻g“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)，確定中橋、后橋與車架之間的運動關(guān)系，承擔(dān)懸架橫向及縱向的位置約束和力的傳遞。四根油氣懸缸，確定中橋、后橋與車架之間的垂向力學(xué)關(guān)系，體現(xiàn)整個懸架的力學(xué)特性。圖7所示，為本發(fā)明所示的中/后橋油氣懸缸平衡懸架力學(xué)模型示意圖。平衡擺臂以及空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)組成平衡懸架結(jié)構(gòu)。它的作用是保證車架兩側(cè)的中/后橋車輪對地面具有良好的附著和驅(qū)動能力。同時，平衡擺臂還可以把來至地面的單次全幅沖擊通過中/后橋及對應(yīng)的懸缸分解成兩次半幅沖擊，大大降低了路面對車架及中后橋的沖擊力。這一點對于4X2懸架結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢。圖8所示,為4X2單后橋油氣懸架結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示，也是4X2單后橋油氣懸架力學(xué)模型。圖9、圖11所示，分別為4X2單后橋油氣懸架車輛簧載質(zhì)量M載荷示意圖和振跳示意圖。圖中的背景情況是一滿載(35t)4X2車輛，以32Km/h車速，越過一直徑IOOmm柱狀障礙物。從圖9中可以看出后橋一側(cè)油氣懸缸對簧載質(zhì)量M的作用力M_Fkc峰值達到520000N。從圖11中可以看出簧載質(zhì)量M的最大振跳高度接近O. 050m。圖10、圖12所示，分別為本發(fā)明所示的6X4中/后橋油氣懸缸平衡懸架車輛簧載質(zhì)量M載荷示意圖和振跳示意圖。圖中的背景情況是一滿載(35t)6X4車輛，以32Km/h車速，越過一直徑IOOmm柱狀障礙物。從圖10中可以看出中/后橋一側(cè)平衡擺臂對平衡軸以上簧載質(zhì)量的作用力M_Fkc變?yōu)閮蓚€峰值，第一個峰值為395000N，第二個峰值為352000N。從圖12中可以看出簧載質(zhì)量M的最大振跳高度也變?yōu)閮蓚€峰值，第一個峰值為O. 022m,第二個峰值為O. 027m。從以上數(shù)據(jù)可以看出，對于某一特定的路面沖擊，4X2單后橋油氣懸架結(jié)構(gòu)對簧載質(zhì)量M的沖擊力以及簧載質(zhì)量M的振跳范圍，峰值高、幅度大。而本發(fā)明——中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)組成的6X4車輛，其簧載質(zhì)量的振跳范圍及峰值明顯縮小，受力情況明顯改善，緩沖、減振效果非常顯著。另外，本發(fā)明——中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)鋼板彈簧懸架相t匕，油氣懸缸高效集成了彈性和阻尼兩方面的結(jié)構(gòu)和特性，對外可提供拉、壓兩個方向的作用力，構(gòu)成的力學(xué)模型科學(xué)、完整，屬于全路面技術(shù)架構(gòu)。系統(tǒng)具有突出的承載能力，以及非線性剛度及非線性阻尼的良好特性，可為車輛提供良好的力學(xué)性能，尤其是對于具有空/滿載使用工況的載重運輸車輛效果尤為顯著。油氣懸缸的單位儲能比為鋼板彈簧的3500倍，這不但有利于減輕懸架的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸，還為產(chǎn)品的系列化發(fā)展及技術(shù)性能的提升提供了廣闊的應(yīng)用空間。


圖I公路重卡_中/后橋鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)示意2覽體礦車_中/后橋鋼板彈黃懸架結(jié)構(gòu)不意3本發(fā)明_中/后橋油氣懸缸平衡懸架結(jié)構(gòu)示意圖
圖4板簧與輪胎構(gòu)成的力學(xué)模型示意5油氣懸缸與輪胎構(gòu)成的力學(xué)模型示意6中/后橋板簧懸架構(gòu)成的力學(xué)模型示意7本發(fā)明_中/后橋油氣懸缸平衡懸架力學(xué)模型示意84X2單后橋油氣懸架結(jié)構(gòu)示意94X2單后橋油氣懸架簧載質(zhì)量M載荷不意106X4中/后橋油氣懸缸平衡懸架簧載質(zhì)量M載荷不意114X2單后橋油氣懸架簧載質(zhì)量M振跳示意126X4中/后橋油氣懸缸平衡懸架簧載質(zhì)量M振跳不意圖
具體實施例方式按照駕駛員的乘坐方向，定義車輛的前后方向，并以此方向描述零件的位置。根據(jù)圖3，底盤的方向為左前，右后。根據(jù)圖3，本發(fā)明包括中橋I、后橋2、車架3、平衡軸4、平衡擺臂5、上拉桿6、下拉桿7、油氣懸缸8 ；所述平衡軸4橫穿出車架3大梁兩側(cè)固定安裝在車架3上；所述中橋I、后橋2分別布置在車架3的平衡軸4下方的偏前、偏后位置上。所述中橋I、后橋2與車架3分別通過兩個上拉桿6、兩個下拉桿7連接，組成空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)。所述平衡擺臂5上設(shè)置前/中/后三個鉸點。所述兩個平衡擺臂5以中鉸點分別安裝在車架3兩側(cè)伸出的平衡軸4上。所述兩個平衡擺臂5可分別繞車架3兩側(cè)的平衡軸4各自轉(zhuǎn)動。每側(cè)平衡擺臂5的前鉸點通過一根油氣懸缸8與中橋I連接。每側(cè)平衡擺臂5的后鉸點通過一根油氣懸缸8與后橋2連接。四個上拉桿6及四個下拉桿7，組成空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)，確定中橋I、后橋2與車架3之間的運動關(guān)系，承擔(dān)懸架橫向及縱向位置約束和力的傳遞。四根油氣懸缸8，確定中橋I、后橋2與車架3之間的垂向力學(xué)關(guān)系，體現(xiàn)整個懸架的力學(xué)特性。平衡擺臂5以及空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)組成平衡懸架結(jié)構(gòu)。參見圖3、圖7，當遇到路面上高度為h障礙物，中橋I躍上障礙物的過程中，中橋I上的輪胎進一步壓縮，中橋I上安裝的油氣懸缸8進一步壓縮，并壓迫平衡擺臂5產(chǎn)生擺動(平動+轉(zhuǎn)動)，迫使后橋2上安裝的油氣懸缸8進一步壓縮，導(dǎo)致后橋2上的輪胎進一步壓縮。中橋I躍過障礙物后，各種變形逐步釋放。隨后，后橋2躍過障礙物重復(fù)中橋I的過程，平衡擺臂5產(chǎn)生二次擺動。平衡擺臂5的平動，通過平衡軸4，將來至地面的沖擊，部分傳遞給車架3以及貨廂等簧載質(zhì)量部分。平衡擺臂5的轉(zhuǎn)動，通過平衡擺臂5兩端的油氣懸缸8及中橋I/后橋2上輪胎，在系統(tǒng)內(nèi)部消化吸收。由于平衡擺臂5的兩次擺動，對于整車簧載質(zhì)量來說，相當于將來至地面高度為h的單個障礙物分解為兩個高度為h/2的障礙物。參見圖9、圖10、圖11、圖12。因此，路面對車輛影響的幅度、力度均顯著下降。這就是本發(fā)明結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)4X2結(jié)構(gòu)的原因。本發(fā)明——中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型有別于原有的 中/后橋鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)及4X2單后橋油氣懸架結(jié)構(gòu)。而且本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型科學(xué)、準確、完整，系統(tǒng)承載容量大，可提供各種車輛所需的行程、彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)，適應(yīng)于各種路面、各種載荷，尤其是不良路面環(huán)境的高承載運輸，為一種全路面技術(shù)架構(gòu)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型的優(yōu)勢使車輛的緩沖、減震性能得到了極大的提升。
權(quán)利要求
1.一種中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，包括中橋、后橋、車架、平衡軸、平衡擺臂、上拉桿、下拉桿、油氣懸缸；其特征在于平衡擺臂和油氣懸缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述平衡軸橫穿出車架大梁兩側(cè)固定安裝在車架上；所述平衡擺臂分別安裝在車架兩側(cè)的平衡軸懸臂端上，可繞平衡軸各自轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述油氣懸缸分別將車架兩側(cè)安裝的平衡擺臂的前/后鉸點與中橋/后橋連接起來，承擔(dān)彈性元件和阻尼元件的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上拉桿/下拉桿分別將車架和中橋/后橋連接起來，組成空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中/后橋油氣懸缸平衡懸架底盤結(jié)構(gòu)，包括中橋、后橋、車架、平衡軸、平衡擺臂、上拉桿、下拉桿、油氣懸缸；平衡軸橫穿出車架兩側(cè)大梁，固定安裝在車架上。兩個平衡擺臂分別安裝在車架兩側(cè)伸出的平衡軸上。每個平衡擺臂可繞平衡軸各自轉(zhuǎn)動。中橋、后橋分別布置在車架平衡軸下方偏前、偏后位置上，與車架間分別通過上拉桿、下拉桿連接，組成空間“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)。每側(cè)平衡擺臂的前/后鉸點分別通過一根油氣懸缸與中/后橋連接?？臻g“八”字懸架桿系結(jié)構(gòu)，確定中橋、后橋與車架之間的運動關(guān)系、位置約束和力的傳遞。四根油氣懸缸，確定中橋、后橋與車架之間的垂向力學(xué)關(guān)系。
文檔編號B60G21/045GK102935793SQ20111023469
公開日2013年2月20日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者張宏如, 孫志強 申請人:武漢德聯(lián)重工有限公司